電気通信工学

サミュエル・モースは独自に電気式電信機を開発し、1837年9月2日に実証したが、成功しなかった。その後すぐにアルフレッド・ベイルが加わり、レジスターと呼ばれる電信端末を開発した。レジスターは、メッセージを紙テープに記録するための記録装置を組み込んだものであった。これは1838年1月6日に3マイル（5キロメートル）の距離で実証され、最終的には1844年5月24日にワシントンDCとボルチモア間の40マイル（64キロメートル）の距離で実証された。特許を取得したこの発明は大きな利益をもたらし、1851年までにアメリカ合衆国の電信線は2万マイル（3万2千キロメートル）以上に及んだ。^{[ 3 ]}

最初の成功した大西洋横断電信ケーブルは1866年7月27日に完成し、初めて大西洋を横断する通信が可能になった。1857年と1858年に敷設された以前の大西洋横断ケーブルは、数日または数週間しか稼働せず、その後故障した。^{[ 4 ]}電信の国際的な利用は、「ビクトリア朝インターネット」と呼ばれることもある。^{[ 5 ]}

最初の商用電話サービスは、1878年と1879年に大西洋の両岸のニューヘイブンとロンドンの都市で開設されました。アレクサンダー・グラハム・ベルは、両国でそのようなサービスに必要な電話のマスター特許を保有していました。この時点から技術は急速に発展し、1880年代半ばまでに都市間回線が構築され、米国のすべての主要都市に電話交換局が設置されました。 ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}それにもかかわらず、無線を使用して接続が確立された1927年1月7日まで、顧客にとって大西洋を越えた音声通信は不可能でした。しかし、36回線の電話回線を提供するTAT-1が1956年9月25日に開通するまで、ケーブル接続は存在しませんでした。^{[ 9 ]}

1880年、ベルと共同発明者のチャールズ・サムナー・テインダーは、フォトフォンから照射される変調された光線を用いて、世界初の無線電話通話を実現した。彼らの発明の科学的原理は、軍事通信や光ファイバー通信に初めて応用されるまで、数十年もの間、活用されることはなかった。

1894年から数年かけて、イタリアの発明家グリエルモ・マルコーニは、空中電磁波（無線伝送）に基づく、商業的に成功した最初の完全な無線電信システムを構築した。^{[ 10 ]} 1901年12月、彼はイギリスとニューファンドランド間の無線通信を確立し、 1909年にノーベル物理学賞を受賞した（カール・ブラウンと共同受賞）。^{[ 11 ]} 1900年、レジナルド・フェッセンデンは人間の声を無線で送信することに成功した。1925年3月25日、スコットランドの発明家ジョン・ロジー・ベアードは、ロンドンの百貨店セルフリッジで動くシルエット画像の送信を公開した。1925年10月、ベアードはハーフトーンのシェードを持つ動画の取得に成功し、これはほとんどの人が最初の真のテレビ画像だと考えている。^{[ 12 ]}これにより、1926年1月26日に再びセルフリッジで改良された装置の公開デモンストレーションが行われた。ベアードが最初に開発した装置はニプコー円盤を利用したため、「機械式テレビ」として知られるようになった。これは、1929年9月30日から英国放送協会（BBC）が行った半実験的な放送の基礎となった。

通信中継に使用された最初の米国の衛星は、 1958年のプロジェクトSCOREで、テープレコーダーを使用して音声メッセージを保存および転送しました。これは、ドワイト・D・アイゼンハワー米大統領から世界へのクリスマスの挨拶を送るために使用されました。1960年、NASAはエコー衛星を打ち上げました。直径100フィート（30メートル）のアルミ蒸着PETフィルム気球は、無線通信の受動反射器として機能しました。フィルコ社が製造し、同じく1960年に打ち上げられたクーリエ1Bは、世界初の能動中継衛星でした。今日では、衛星はGPS、テレビ、インターネット、電話など、多くの用途に使用されています。 

テルスターは、最初の能動型直接中継商用通信衛星でした。衛星通信を開発するためのAT& T 、ベル電話研究所、NASA、英国郵政公社、フランス郵政公社（PTT ）間の多国間協定の一環としてAT&Tが所有し、1962年7月10日にNASAによってケープカナベラルから打ち上げられました。これは民間スポンサーによる最初の宇宙打ち上げでした。リレー1は1962年12月13日に打ち上げられ、 1963年11月22日に太平洋を横断して放送を行った最初の衛星となりました。^{[ 13 ]}

通信衛星の最初で歴史的に最も重要な用途は、大陸間長距離電話でした。固定電話網（PSTN）は、固定電話からの電話を地球局に中継し、そこで静止衛星を介して地球軌道上の受信衛星アンテナに送信されます。光ファイバーの使用による海底通信ケーブルの改良により、20世紀後半には固定電話における衛星の使用はいくらか減少しましたが、アセンション島、セントヘレナ島、ディエゴガルシア島、イースター島など、海底ケーブルが敷設されていない離島では、今でも衛星が唯一のサービスとなっています。また、南極大陸、オーストラリア、南米、アフリカ、カナダ北部、中国、ロシア、グリーンランドの広大な地域など、固定電話による通信がほとんど、あるいは全く存在しない大陸や国もあります。

通信衛星を介した商用長距離電話サービスが確立された後、1979年以降、モバイル衛星電話、衛星ラジオ、衛星テレビ、衛星インターネットアクセスなど、その他多くの商用通信サービスも同様の衛星を利用するようになった。これらのサービスのほとんどが最初に衛星を利用したのは1990年代で、商用衛星トランスポンダチャネルの価格が大幅に下がり続けたためである。

1940年9月11日、ジョージ・スティビッツはテレプリンタを使って問題をニューヨークの複素数計算機に送信し、ニューハンプシャー州のダートマス大学で計算結果を受け取ることができた。^{[ 14 ]}この中央集中型コンピュータまたはメインフレームコンピュータと遠隔の「ダム端末」の構成は、 1950年代から1960年代にかけて人気を博した。しかし、研究者がパケット交換の研究を始めたのは1960年代になってからだった。パケット交換とは、中央集中型メインフレームを経由せずに、異なるコンピュータ間でデータの塊を送信できる技術である。1969年12月5日に4ノードのネットワークが出現した。このネットワークはすぐにARPANETとなり、1981年までに213ノードで構成されるようになった。^{[ 15 ]}

ARPANETの開発はRequest for Commentプロセスを中心に進められ、1969年4月7日にRFC 1が公開されました。このプロセスは、ARPANETが最終的に他のネットワークと統合してインターネットを形成すること、そして今日のインターネットが依存している多くの通信プロトコルがRequest for Commentプロセスを通じて規定されたことから重要です。1981年9月には、RFC 791でインターネットプロトコルバージョン4（IPv4）が導入され、RFC 793で伝送制御プロトコル（TCP）が導入されました。こうして、今日のインターネットの大部分が依存しているTCP/IPプロトコルが誕生したのです。

光ファイバーは柔軟性があり、ケーブルに束ねることができるため、電気通信やコンピュータネットワークの媒体として利用できます。特に長距離通信において有利であり、光は電気ケーブルに比べて減衰が少なく伝搬するため、中継器を少なくして長距離伝送が可能になります。

1966年、チャールズ・K・カオとジョージ・ホックハムは、イギリスのハーロウにあるSTC研究所（STL）において光ファイバーを提案した。彼らは、既存のガラスケーブルにおける1000dB/kmの損失 （ 同軸ケーブルでは5～10dB/km）は、除去可能な汚染物質によるものであることを示した。

光ファイバーは1970年にコーニング・グラス・ワークス社によって開発され、通信用途に十分な低減衰率（約20 dB /km）を実現した。同時に、小型で長距離の光伝送に適したGaAs（ガリウムヒ素）半導体レーザーも開発された。

1975年から始まった研究期間を経て、波長約0.8μmで GaAs半導体レーザーを使用した初の商用光ファイバー通信システムが開発されました。この第一世代システムは、最大10kmのリピーター間隔で45Mbpsのビットレートで動作しました。その後間もなく、1977年4月22日、ゼネラル・テレフォン・アンド・エレクトロニクス社は、カリフォルニア州ロングビーチで、光ファイバーを通して6Mbit /sのスループットで初の実際の電話トラフィックを送信しました。   

世界初の広域ネットワーク光ファイバーケーブルシステムは、1978年に英国イーストサセックス州ヘイスティングスにRediffusion社によって設置されたようだ。ケーブルは町中にダクトを通して敷設され、1000人以上の加入者を抱えていた。当時、このシステムは、地域的な受信問題のために視聴できなかったテレビチャンネルの伝送に使用されていた。

光ファイバーを使用した最初の大西洋横断電話ケーブルは、Desurvire社が最適化したレーザー増幅技術に基づいたTAT-8で、1988年に運用を開始した。

1990年代後半から2000年にかけて、KMIやRHKなどの業界推進者や調査会社は、インターネットの利用増加やビデオオンデマンドなどの帯域幅を大量に消費する消費者向けサービスの商業化により、通信帯域幅の需要が大幅に増加すると予測した。インターネットプロトコルのデータトラフィックは指数関数的に増加し、ムーアの法則の下で集積回路の複雑さが増加したよりも速いペースで増加していた。^{[ 16 ]}

有線通信では、地下通信ケーブル（まれに架空線）、特定の地点で接続ケーブルに挿入される電子信号増幅器（リピーター）、および使用される有線通信の種類に応じてさまざまな種類の端末装置が使用されます。^{[ 18 ]}

無線通信とは、電線、ケーブル、その他の電気導体を使用せずに、情報を遠距離にわたって伝送することです。^{[ 19 ]}無線通信では、有線では実現不可能または非現実的な長距離通信などのサービスが可能になります。この用語は、電気通信業界では一般的に、電線を使用せずに何らかのエネルギー（電波、音響エネルギーなど）を使用して情報を伝送する電気通信システム（無線送信機と受信機、リモコンなど）を指すために使用されています。^{[ 20 ]}情報はこのようにして短距離と長距離の両方で伝送されます。

通信機器エンジニアとは、通信ネットワークインフラで使用されるルーター、スイッチ、マルチプレクサ、その他の特殊なコンピュータ／電子機器などの機器を設計する電子工学エンジニアのことです。

ネットワークエンジニアとは、コンピュータネットワークの設計、展開、保守を担当するコンピュータエンジニアのことです。さらに、ネットワークオペレーションセンターからネットワーク運用を監督したり、基幹インフラを設計したり、データセンター内の相互接続を管理したりもします。

中央局エンジニアは、中央局（略して CO）における通信機器の設計と実装の監督を担当します。中央局は、ワイヤセンターまたは電話交換局とも呼ばれます^{[ 21 ]。} CO エンジニアは、新しい技術を既存のネットワークに統合し、ワイヤセンター内の機器の場所を割り当て、新しい機器に電力、クロック（デジタル機器の場合）、およびアラーム監視機能を提供する責任があります。 CO エンジニアは、現在、設置中の新しい機器をサポートするのに十分な電力、クロック、およびアラーム監視機能がない場合、それらをさらに提供する責任もあります。 最後に、 CO エンジニアは、ワイヤセンター全体でさまざまな機器や配線フレームに大量のケーブルをどのように分配するかを設計し、すべての新しい機器の設置と起動を監督する責任があります。

屋外設備（OSP）エンジニアは、現場で土木環境、架空線、地上、地下に関するメモを取るために多くの時間を費やすため、フィールドエンジニアと呼ばれることもよくあります。OSPエンジニアは、配線センターから分配ポイントまたは目的地まで設備（銅線、光ファイバーなど）を直接引き込む責任を負います。分配ポイント設計が採用されている場合は、特定の分配エリアに給電するために、クロスコネクトボックスが戦略的な場所に設置されます。

クロスコネクトボックス（サービスエリアインターフェースとも呼ばれる）を設置することで、ワイヤセンターから宛先ポイントへの接続が容易になり、ワイヤセンターから各宛先ポイントへの専用設備が不要になるため、設備の占有率も低減されます。その後、設備は直接宛先ポイント、または端末と呼ばれる別の小型の閉鎖部に接続され、必要に応じてそこから設備にアクセスできるようになります。これらのアクセスポイントは、顧客の修理時間を短縮し、電話会社にとって多額の費用を節約できるため、好まれています。

プラント設備は、地下設備（直接埋設、導管経由、場合によっては水中敷設）、電話柱や電柱などの架空設備、または上記2つの方法がコスト的に高すぎる長距離の場合はマイクロ波無線信号を介して供給することができる。

サブロール

構造エンジニアとして、OSPエンジニアは、携帯電話基地局や電話柱の構造設計と設置、および新しい設備を追加する既存の電話柱や電柱の耐荷重計算を担当します。高速道路などの交通量の多いエリアで掘削する場合や、橋梁などの他の構造物に取り付ける場合は、構造計算が必要です。また、大きな溝やピットの場合は、支保工も考慮する必要があります。導管構造には、多くの場合、スラリーで覆われたケーシングが含まれており、構造を支え、周囲の環境（土壌の種類、交通量の多いエリアなど）に耐えられるように設計する必要があります。

電気技師として、OSPエンジニアは、電話サービスがクリアで鮮明であり、データサービスがクリーンで信頼性が高いことを保証するために、すべての新規設備の抵抗、容量、およびインダクタンス（RCL）設計を担当します。要求されたサービスを提供するために必要なケーブルの長さとサイズを決定するには、減衰または強度の段階的な低下とループ損失の計算が必要です。さらに、現場に設置される電子機器に電力を供給するために、電力要件を計算して供給する必要があります。落雷、不適切に接地された、または破損した電力会社の設備からの高電圧の遮断、およびさまざまな電磁干渉源を考慮して、機器、設備、およびプラントを現場に設置する際には、接地電位を考慮する必要があります。

土木技術者として、OSP エンジニアは、通信設備の配置方法を、手書きまたはコンピュータ支援設計(CAD) ソフトウェアを使用して設計する責任を負います。自治体と協力する場合、掘削やボーリングの許可が必要になることが多く、それらのための図面を作成する必要があります。これらの図面には、道路を舗装したり、既存の道路に右折レーンを追加したりするために必要な詳細情報の約 70% が含まれていることがよくあります。高速道路などの交通量の多いエリアの下にボーリングする場合や、橋などの他の構造物に接続する場合は、構造計算が必要です。土木技術者として、通信エンジニアは、今日の文明全体に分散しているすべての技術的通信の現代的な通信基盤を提供します。

電気通信工学において、空芯ケーブルは、コンプレッサー、マニホールド、レギュレーター、空気配管ネットワークなどの空調設備システムと組み合わせて使用​​されます。これらのシステムは、接続ケース内の圧力を維持することで、湿気の侵入を低減し、銅ケーブルの信号品質を確保します。

OSPエンジニアは、政治的・社会的な大使として、電話会社の顔であり、地方自治体や他の公益事業者に対する代弁者です。OSPエンジニアは、自治体、建設会社、その他の公益事業者と頻繁に会合を持ち、彼らの懸念事項に対応し、電話事業の仕組みや運営方法について説明を行います。さらに、OSPエンジニアは、クロスコネクトボックスを設置するための地役権など、屋外設備を設置するための土地を確保する必要があります。